JP2003505005A - 二重直交符号及び周波数分割マルチプルアクセス通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくとも１つの基地局とデータを通信するための複数の遠隔加入者端末とを備えた直交符号分割マルチプルアクセス（ＯＣＤＭＡ）無線通信システムにおける、時間基準エラーとマルチパス遅延拡散とに起因するアクセス雑音に対するＯＣＤＭＡの感度を下げる方法。該方法は、単一の搬送波上の直交信号の組の大きさを低減する段階（１５）と、追加の加入者容量のための直交周波数間隔を有する追加の搬送波を提供する段階（１２、１９）とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景 スペクトラム拡散通信は多くの商業分野に用いられており、急速に増加してい る。直交符号分割マルチプルアクセス（ＯＣＤＭＡ）は、一層慣用されている疑 似直交ＣＤＭＡの容量、即ち帯域幅効率を改善するための有効な手法として提案 された（「無線ダイレクト・シーケンス・スペクトラム拡散デジタル・セルラー 電話システム」という名称の米国特許第５、３７５、１４０号明細書及び１９９ ４年６月７日出願の米国特許出願第０８／２５７、３２４号を参照のこと。これ らは本書に援用する）。 従来のダイレクト・シーケンス（ＤＳ）スペクトラム拡散ＣＤＭＡシステムにお いては、個々のユーザーは異なる疑似雑音（ＰＮ）符号を用いて同一の周波数で 送信を行う。ＰＮ符号は疑似直交状態である。即ち、ＰＮ符号は比較的小さいが ゼロではない相互相関値を互いに有する。 ＯＣＤＭＡシステムにおいては、それぞれのユーザーには、他の全部のユーザ ーの符号とは直交する符号が割り当てられる（即ち、直交する符号どうしはゼロ の相互相関値を互いに有する）。また、直交符号期間は、符号がデータ・シンボ ル時間に整数回（通常は１回）反復されるように選択される。符号エポック（ｃ ｏｄｅ ｅｐｏｃｈ）は、符号内でデータ遷移が生じないようにシンボルの遷移 と同期化される。 ユーザーの数は利用可能な直交函数の数によって制限され、２進符号に対して は最大で符号長に等しい。１つの例はラダマッヒャーウォルシュ函数の組で、２^N の長さ（ただし、Ｎは正の整数）の２^N個の直交函数が存在する。チッピング・ レート（ｃｈｉｐｐｉｎｇ ｒａｔｅ）は直交するユーザーの最大数とシンボル ・レートとの積に等しい。これは、高いデータ・レートはずっと高いチッピング ・レートを必要とすることを意味する。 ＯＣＤＭＡシステムは、全部の信号が時間及び周波数同期の状態で受信される よう設計される。つまり、全部のユーザーは、理想的な世界では、互いに直交状 態を維持し、いずれのユーザーも他のユーザーからのマルチプルアクセス雑音な しに再生され得る。これは、複数のユーザーが単一のハブ局との間で送受信する 星形ネットワークにおいて最も実際的である。 もちろん、ＯＣＤＭＡの性能を理想像から低下させる多くの実際的な考慮や実 世界の影響が存在する。例えば、チップのかなりの部分だけ遅延されているマル チパス戻り信号は本当は直交しておらず、アクセス雑音を生じる。これは高デー タ・レート・システムの課題である。これは、チッピング・レートが対応的に高 くなり、マルチパス遅延拡散（ｍｕｌｔｉｐａｓｓ ｄｅｌａｙ ｓｐｒｅａｄ ）がますます顕著になるからである。この影響を克服する技術は１９９４年１２ 月８日に「多重搬送波変調を有する直交符号分割マルチプルアクセス通信システ ム」という名称の米国特許出願第０８／３５２、３１３号であり、これも本書に 援用する。この出願においては、複数のＯＣＤＭＡ信号が直交状に隔てられた（ 即ち、チッピング・レートで隔てられた）搬送波上で伝送され、１つのユーザー からのデータは複数の搬送波へデマルチプレックスされることが開示されている 。こうして、チッピング・レートは搬送波の数だけ低減される。発明の目的 以下に記述する発明は、直交状態で隔てられた周波数上で伝送される複数のＯ ＣＤＭＡ信号を採用した点で、米国特許出願第０８／３５２，３１３号に開示さ れたＯＣＤＭＡ多重搬送波の発明の拡張である。しかし、この場合、１つのユー ザーは１つの周波数上の唯１つの直交函数で伝送する。つまり、システムは直交 函数の数と搬送波の数との積に等しい数のユーザーを収容することができる。こ れを考察する別の方法は、システムが波形の時間及び周波数の直交特性を利用す ることである（こうして「二重直交ＣＤＭＡ（ＤＯＣＤＭＡ）」という名称がで きた）。ユーザーの数が与えられると、厳密なＯＣＤＭＡと比較してチッピング ・レートは搬送波の数だけ低減される。これは、 ・ チッピング・レートの低減により取得が一層容易になる、 ・ マルチパス遅延拡散により、長いチップ期間に起因するアクセス雑音が低減 される、 ・ 電力スペクトル密度が一層均一になる、 ・ 帯域幅効率が向上する、 ・ クロック・レートが低いので受信機での電力消費が低減される、 などの利点を有する。 上記の特質により、多重搬送波ＯＣＤＭＡは多数の移動ユーザーを有する衛星 ネットワークにとって極めて魅力的なものになった。発明の概要 本発明によれば、直交符号分割マルチプルアクセス（ＯＣＤＭＡ）陸上用又は 衛星利用通信システムが提供され、該システムは、少なくとも１つの基地局と複 数の遠隔加入者端末とを備える。時間基準エラー及びマルチパス遅延拡散に起因 するアクセス雑音に対するＯＣＤＭＡの感度は、単一の搬送波上の直交信号の組 の大きさ（したがって、当該周波数へ割り当てることができる加入者の数）を小 さくし、追加の加入者容量のための直交周波数間隔を有する追加の搬送波を採用 することによって低減される。これにより、二重直交符号及び周波数分割マルチ プルアクセス通信システムが生成される。図面の説明 本発明の上記の及び他の目的、利点及び特徴は、以下の明細書と添付の図面と により考慮するとき、一層明白となろう。 図１Ａは、本発明を組み込んだ衛星利用ＯＣＤＭＡ通信システムのブロック図 である。 図１Ｂは、本発明を組み込んだ陸上用ＯＣＤＭＡ通信システムのブロック図で ある。 図２は、本発明を組み込んだ二重直交符号マルチプルアクセス・システム（Ｄ ＯＣＤＭＡ）のための送信機のブロック図である。 図３は、ＤＯＣＤＭＡ信号の複合スペクトルを示す。 図４は、本発明を組み込んだＤＯＣＤＭＡ受信機の機能ブロック図である。発明の詳細な説明 上記のとおり、本発明は、直交状態で隔てられた周波数上で伝送される複数の ＯＣＤＭＡ信号を採用した点で、米国特許出願第０８／３５２，３１３号のＯＣ ＤＭＡ多重搬送波構成の拡張である。しかし、本発明においては、単一のユーザ ーは単一の周波数上の単一の直交函数でのみ伝送する。 図２には、送信機の実施の形態が図示されている。入力データ源１０からの入 力データはバッファ処理及びフォーマット化され（１１）、次いで、ＭＰＳＫ変 調を用いて搬送波上に変調される（ここで、Ｍは２以上である）。典型的にはＭ ＝４、即ちＱＰＳＫ変調が用いられる。前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号化及びイン ターリーブ処理も、応用分野に応じて用いられる。 次いで、信号は、ＰＮ発生器１４からのＰＮシーケンスとシンボル期間にわた って直交している２進シンボルの組のなかの１つの要素とのモジュロ２加算（１ ６）である２進シーケンスによってＢＰＳＫ変調される。ここでは、例示の目的 で、２^Nの長さ（ただしＮは正の整数）の２^N個の直交函数が存在するラダマッヒ ャーウォルシュ（Ｒ−Ｗ）函数（１５）が仮定される。コントローラＣＴからの Ｒ−Ｗ函数選択信号は、選択されたＰＮ符号とのモジュロ２加算のためのＲ−Ｗ 函数の組の所望の要素を選択する。 同一のＰＮ符号が、単一の「セル」又は直交する組の要素のそれぞれにより用 いられる。クロック１８によって駆動されるタイミング論理回路１７からのＰＮ クロック・レートは、通常は、Ｒ−Ｗチップ・レートと同じであるように選択さ れるが、これは必須ではない。 システム同期信号がタイミング論理回路１７へ与えられ、周波数選択信号は慣 用の搬送波シンセサイザ１９へ与えられる。ＢＰＳＫ変調器からの信号波形はア ップコンバートされ（２０）、電力増幅され（２１）、アンテナ２２から放送さ れる。 上で述べたように、それぞれのユーザーには、全部の他のユーザーの符号と直 交する符号が割り当てられる（即ち、直交する符号どうしは互いにゼロの相互相 関値を有する）。また、直交符号期間は、データ・シンボル時間において符号が 整数回（通常は１回）反復されるように選択される。符号エポックは、符号内で データの遷移が生じないように、シンボルの遷移と同期化される。ＲＡＷチッピ ング・レートは直交するユーザーの最大数とシンボル・レートとの積に等しい。 変調された搬送波の周波数は、Ｒ−Ｗチップ間隔にわたって直交であるＮ個の 周波数から選択される。即ち、搬送波周波数はＲ−Ｗチッピング・レートだけ隔 てられている。複合信号は適切な周波数帯域へアップコンバートされて送信され る。 個々の送信は、基地局に時間及び周波数同期して到来するように同期化される 。その結果の受信されたスペクトルが図３に示され、この場合、チッピング・レ ートは１６６．４ｋＨｚであり、５つの直交する搬送波が用いられている。 ＤＯＣＤＭＡ受信機のブロック図を図４に示す。アンテナ２３で受信された信 号はＩベースバンド及びＱベースバンドへダウンコンバートされ（２４）、アナ ログのサンプルからデジタルのサンプルへ変換されて（２５Ｉ、２５Ｑ）処理さ れる。受信した搬送波周波数と符号位相とを評価するために、追跡ループが用い られる。符号位相追跡ループは、符号位相弁別器３０、フィルタ３１、番号制御 発振器３２、及び、該番号制御発振器により制御され、それぞれＰＮ函数とＲ− Ｗ函数とを発生するＰＮ発生器３４及びＲ−Ｗ発生器３５を含む。受信機コント ーラＣＲはＲ−Ｗ選択信号をＲ−Ｗ発生器３５へ与え、特定のＲ−Ｗ函数を選択 する。ＰＮ函数及びＲ−Ｗ函数は組合わされ（３６）、ミキサ３７へ印加される 。この搬送波追跡ループは搬送波周波数弁別器３８及びフィルタ３９を組み込ん でいる。受信機コントーラＣＲからの搬送波周波数選択により搬送波周波数が選 択され（４０）、番号制御発振器４１に与えられる。ＮＣＯ４１からの直角位相 （ｑｕａｄｒａｔｉｖｅ）の（ｓｉｎ、ｃｏｓ）信号が複素乗算器２８へ印加さ れて搬送波追跡ループを閉じる。同期検波又は遅延検波を用いて通常の方法でＱ ＰＳＫ復調が行われ（４２）、データが利用装置４３へ与えられる。 本発明の好ましい実施の形態を図示し説明してきたが、当業者には他の実施の 形態も容易に明らかであり、請求の範囲に包含される。

【手続補正書】 【提出日】平成１４年１月１５日（２００２．１．１５） 【補正内容】 １．少なくとも１つの基地局と、データを通信するための複数の加入者／ユー ザー端末とを備えた直交符号分割マルチプルアクセス（ＯＣＤＭＡ）無線通信シ ステムにおいて、 送信機手段が、 前記データを受信するように接続されたＭＰＳＫ変調器手段と、 前記ＭＰＳＫ変調器手段に接続された二相変調器（ＢＰＳＫ）手段と、 所定のＲ−Ｗチッピング・レートをそれぞれ有する所与のＲ−Ｗ函数の組を選 択するための手段を有するＲ−Ｗ函数組発生器と、 前記ＭＰＳＫ変調器に接続され、前記Ｒ−Ｗチッピング・レートだけ離れた選 択可能な搬送波周波数を発生する搬送波周波数シンセサイザと、 選択されたＰＮ符号信号を提供するＰＮ符号発生器と、 選択された所与のＲ−Ｗ函数信号の組を前記ＰＮ符号と加算して、拡散函数信 号を前記二相変調器手段に与えるための手段であって、前記二相変調器手段が前 記ＭＰＳＫ変調器手段の出力と前記拡散函数組信号との複合信号を出力し、前記 選択されたＲ−Ｗ函数の組がシンボル期間にわたって直交している２進シーケン スの組の要素である手段と、 送信のため、前記二相変調器手段からの前記複合信号を放送周波数帯域へアッ プコンバートする手段と、 を具備する通信システム。 ２．前記複合信号を受信し復調して前記データを再生するための受信機手段を 備える、請求項１記載のシステム。 ３．前記受信機手段が、 別のＰＮ符号信号を提供するＰＮ符号発生器手段と、 別のＲ−Ｗ函数信号の組を提供する別のＲ−Ｗ函数発生器手段と、 前記別のＰＮ符号と前記別のＲ−Ｗ函数の組とを加算して、拡散解除（despre ading）し復号する信号を提供する手段と、 前記別のＰＮ符号発生器手段と前記別のＲ−Ｗ函数発生器手段とを制御するＮ ＣＯを有する符号位相追跡ループと、 前記複合信号と前記拡散解除し復号する信号を受信して、拡散解除し復号され た出力信号を生成するミキサ手段と、 ＮＣＯと特定の搬送波周波数を選択するための手段とを有する搬送波周波数追 跡手段と、 を備える、請求項２記載のシステム。 ４．少なくとも１つの基地局と複数の遠隔加入者端末とを備えた直交符号分割 マルチプルアクセス（ＯＣＤＭＡ）無線通信システムにおける、時間基準エラー とマルチパス遅延拡散とに起因するアクセス雑音に対するＯＣＤＭＡの感度を低 減する方法であって、 単一の搬送波上の直交信号の組の大きさを低減する段階と、 追加の加入者容量のため、直交周波数間隔を有する追加の搬送波を提供する段 階と、 を備える方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．直交符号分割マルチプルアクセス（ＯＣＤＭＡ）無線通信システムであっ て、 少なくとも１つの基地局と、 複数の遠隔加入者端末と、 変調器と、 直交函数符号の組の発生源と、 単一の搬送波上の直交函数信号の組の大きさを低減するための手段と、 追加の加入者容量のための直交周波数間隔を持つ追加の搬送波を用いて、時間 基準エラーとマルチパス遅延拡散とに起因するアクセス雑音に対するＯＣＤＭＡ の感度を下げるための手段と、 を具備するシステム。 ２．前記少なくとも１つの基地局が陸上に配置される、請求項１記載の無線通 信システム。 ３．通信衛星を含み、前記少なくとも１つの基地局が前記通信衛星を介して前 記遠隔加入者端末と通信する、請求項１記載の無線通信システム。 ４．少なくとも１つの基地局とデータを通信するための複数の加入者／ユーザ ー端末とを備えた直交符号分割マルチプルアクセス（ＯＣＤＭＡ）無線通信シス テムにおいて、 送信機手段が、 前記データを受信するように接続されたＭＰＳＫ変調器手段と、 前記ＭＰＳＫ変調器に接続された二相変調器（ＢＰＳＫ）手段と、 前記ＭＰＳＫ変調器に接続され、Ｒ−Ｗチッピング・レートだけ離れた選択可 能な搬送波周波数を発生する搬送波周波数シンセサイザと、 所与のＲ−Ｗ函数の組を選択するための手段を有するＲ−Ｗ函数組発生器と、 選択されたＰＮ符号信号を提供するＰＮ符号発生器と、 選択された所与のＲ−Ｗ函数信号の組を前記ＰＮ符号信号と加算するための手 段であって、前記選択されたＲ−Ｗ函数の組がシンボル期間にわたって直交して いる２進シーケンスの組の要素である手段と、 前記二相変調器からの前記複合信号を放送周波数帯域へアップコンバートして 送信する手段と、 を具備する通信システム。 ５．前記複合信号を受信し復調して前記データを再生するための受信機手段を 備える、請求項４記載のシステム。 ６．前記受信機手段が、 別のＰＮ符号信号を提供する別のＰＮ発生器手段と、 別のＲ−Ｗ函数信号の組を提供する別のＲ−Ｗ函数発生器手段と、 前記別のＰＮ符号信号と前記別のＲ−Ｗ函数の組の信号とを加算して拡散解除 （ｄｅｓｐｒｅａｄｉｎｇ）・復号信号を提供する手段と、 前記別のＰＮ発生器と前記別のＲ−Ｗ函数発生器とを制御するＮＣＯを有する 符号位相追跡ループと、 前記複合信号と前記拡散解除・復号信号とを受信して拡散解除・復号された出 力信号を生成するミキサ手段と、 ＮＣＯと特定の搬送波周波数を選択するための手段とを有する搬送波周波数追 跡手段と、 を備える、請求項５記載のシステム。 ７．少なくとも１つの基地局とデータを通信するための複数の遠隔加入者端末 とを備えた直交符号分割マルチプルアクセス（ＯＣＤＭＡ）無線通信システムに おける、時間基準エラーとマルチパス遅延拡散とに起因するアクセス雑音に対す るＯＣＤＭＡの感度を下げる方法であって、 （１）単一の搬送波上の直交信号の組の大きさを低減する段階と、 （２）追加の加入者容量のための直交周波数間隔を有する追加の搬送波を提供 する段階と、 を備える方法。